JP5150325B2 - X-ray detector - Google Patents

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Description

本発明は、Ｘ線検出器に関し、特に高い時間分解能と空間分解能とが要求される医用Ｘ線コンピュータトモグラフィ（Ｘ線ＣＴ）等に好適に用いることのできるＸ線検出器に関する。   The present invention relates to an X-ray detector, and more particularly to an X-ray detector that can be suitably used for medical X-ray computed tomography (X-ray CT) and the like that require high temporal resolution and spatial resolution.

近年、Ｘ線コンピュータートモグラフィー（Ｘ線ＣＴ）が、心臓の様に動きの激しい臓器の診断にも用いられるようになってきている。動きの激しい臓器を高精細に撮影するには、高い時間分解能と空間分解能とを両立して有する検出器が必要である。   In recent years, X-ray computed tomography (X-ray CT) has come to be used for diagnosis of organs that move rapidly, such as the heart. In order to capture a highly moving organ with high definition, a detector having both high temporal resolution and spatial resolution is required.

現在のＸ線ＣＴ用Ｘ線検出器としては、シンチレータにより一旦、Ｘ線を可視光に変換し、その可視光をフォトダイオードで電気信号に変換する間接変換方式が主流であるが、シンチレータ内部での残光により、時間分解能の向上が限界に近づいている。かかる観点より、間接変換方式のＸ線検出器に代えて、半導体によりＸ線を直接電荷に変換する直接変換方式のＸ線検出器が提案されている（特許文献１）。   The current X-ray detector for X-ray CT is mainly an indirect conversion method in which X-rays are once converted into visible light by a scintillator, and the visible light is converted into an electric signal by a photodiode. Due to the afterglow, the improvement in time resolution is approaching its limit. From such a viewpoint, instead of the indirect conversion type X-ray detector, a direct conversion type X-ray detector that directly converts X-rays into electric charges by a semiconductor has been proposed (Patent Document 1).

特許文献１に記載の直接変換方式のＸ線検出器は、ＣｄＴｅ単結晶の半導体基板を準備し、そのＸ線入射面側に一様な平板状の電極を形成するとともに、前記Ｘ線入射面と相対向する裏面側には複数の画素電極を配置し、さらに前記複数の画素電極のそれぞれと半田等を介して電気的に接続された電極パッドを有する信号読出回路（ＣＭＯＳ）が設けられてなる。   An X-ray detector of a direct conversion method described in Patent Document 1 prepares a CdTe single crystal semiconductor substrate, forms a uniform flat electrode on the X-ray incident surface side, and the X-ray incident surface. A signal readout circuit (CMOS) having a plurality of pixel electrodes disposed on the back surface opposite to each other and further having electrode pads electrically connected to each of the plurality of pixel electrodes via solder or the like is provided. Become.

上記Ｘ線検出器においては、最初に上記平板状電極と上記複数の画素電極との間に一定のバイアス電圧を負荷しておき、かかる状態で前記半導体基板にＸ線が照射した場合に生じる電荷（電子及び正孔）を前記画素電極で検出し、上記信号読出回路で読み出して検知する。各画素電極で検出した電荷量は、その上方に入射したＸ線の強度に比例するので、画素電極毎の電荷量、すなわち電気信号の大きさを測定することによって、前記Ｘ線の前記Ｘ線検出器に対する入射位置を知ることができる。   In the X-ray detector, first, a certain bias voltage is loaded between the flat electrode and the plurality of pixel electrodes, and the charge generated when the semiconductor substrate is irradiated with X-rays in such a state. (Electrons and holes) are detected by the pixel electrode, and read and detected by the signal readout circuit. Since the amount of charge detected at each pixel electrode is proportional to the intensity of the X-ray incident thereon, by measuring the amount of charge for each pixel electrode, that is, the magnitude of the electric signal, the X-ray of the X-ray is measured. The incident position with respect to the detector can be known.

しかしながら、上記Ｘ線検出器においても、検出すべきＸ線の強度等に依存して十分に高い空間分解能を得ることができない場合があった。
放射線vol30、No.1,p1(2004) However, even with the above X-ray detector, there is a case where a sufficiently high spatial resolution cannot be obtained depending on the intensity of the X-ray to be detected.
Radiation vol30, No.1, p1 (2004)

本発明は、直接変換方式のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to improve the spatial resolution of a direct conversion type X-ray detector.

上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、Ｘ線の照射に伴って電荷を生成する半導体基板と、前記半導体基板のＸ線照射面側にマトリックス状に配置され、前記電荷を検出する複数の画素電極と、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する面上に設けられ、前記画素電極と異なる電位が供給される平板状の電極と、を具えることを特徴とする、Ｘ線検出器に関する。   In order to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate that generates charges in response to X-ray irradiation, and a matrix disposed on the X-ray irradiation surface side of the semiconductor substrate, detects the charges. A plurality of pixel electrodes; and a plate-like electrode provided on a surface opposite to the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate and supplied with a potential different from that of the pixel electrodes. The present invention relates to an X-ray detector.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、以下の事実を見出すに至った。特許文献１に記載されているようなＸ線検出器では、電荷量を検出する画素電極が、半導体基板のＸ線照射面と相対向する裏面側に設けられている。一方、前記半導体基板に前記Ｘ線が入射した際に生成される電子及び正孔は、前記半導体基板内を厚さ方向に移動するのみならず、前記半導体基板の厚さに起因して横方向にも拡散するようになる。この傾向は、前記Ｘ線の強度が増大するにつれて、また、前記半導体基板の厚さが大きくなるにつれて顕著になる。   The inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object. As a result, the following facts were found. In the X-ray detector as described in Patent Document 1, a pixel electrode for detecting the amount of charge is provided on the back surface side facing the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate. On the other hand, electrons and holes generated when the X-rays enter the semiconductor substrate not only move in the thickness direction in the semiconductor substrate but also in the lateral direction due to the thickness of the semiconductor substrate. Will also spread. This tendency becomes more prominent as the X-ray intensity increases and as the thickness of the semiconductor substrate increases.

したがって、上記Ｘ線照射によって前記半導体基板内に生成した電子及び正孔の一部が、前記Ｘ線の照射位置に対応する画素電極のみならず、隣接する画素電極にも流れ込んでしまい、クロストーク等を生じて空間分解能を十分に高くできないという事実を見出すに至った。   Accordingly, a part of electrons and holes generated in the semiconductor substrate by the X-ray irradiation flows not only to the pixel electrode corresponding to the X-ray irradiation position but also to the adjacent pixel electrode, and thus crosstalk. As a result, the fact that the spatial resolution cannot be sufficiently increased has been found.

一方、前記Ｘ線が前記半導体基板内に入射した際に生成される電荷（電子及び正孔）の割合は、前記半導体基板のＸ線照射面側で高く、裏面側に向うにつれて急激に減少することを見出した。したがって、Ｘ線照射に伴って生成する電荷を検出する画素電極を、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面側に設ければ、前記Ｘ線照射によって生成した電荷を効率的に検出することができる。   On the other hand, the ratio of charges (electrons and holes) generated when the X-rays enter the semiconductor substrate is high on the X-ray irradiation surface side of the semiconductor substrate, and decreases rapidly as it goes to the back surface side. I found out. Therefore, if a pixel electrode for detecting charges generated by X-ray irradiation is provided on the X-ray irradiation surface side of the semiconductor substrate, the charges generated by the X-ray irradiation can be detected efficiently. .

また、前記画素電極によって前記Ｘ線照射側の電荷を検出するようにしているので、従来のように、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する裏面側に画素電極を設けて電荷の検出を行う場合と異なり、前記電荷が前記半導体基板を厚さ方向に移動する際に、前記電荷の、前記半導体基板内における横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極は、前記Ｘ線の照射位置に生成した電荷のみを検出できるようになる。   Further, since the charge on the X-ray irradiation side is detected by the pixel electrode, the pixel electrode is provided on the back surface opposite to the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate, as in the prior art. Unlike the case of performing detection, when the charge moves in the thickness direction in the semiconductor substrate, it is not affected by the lateral diffusion of the charge in the semiconductor substrate. Therefore, each pixel electrode can detect only the charges generated at the X-ray irradiation position.

結果として、前記画素電極は上記Ｘ線照射に対応して生成された十分な量の電荷を検出することができ、前記Ｘ線検出に関する空間分解能を向上させることができるようになる。   As a result, the pixel electrode can detect a sufficient amount of charge generated corresponding to the X-ray irradiation, and the spatial resolution related to the X-ray detection can be improved.

なお、本発明の一態様において、前記Ｘ線検出器は、さらに、前記複数の画素電極のそれぞれに電気的に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと電気的に接続されてなる半導体スイッチング素子とを具えることができる。この場合、前記複数の画素電極、前記複数のコンデンサ及び前記複数の半導体スイッチング素子は、前記複数の画素電極で検出した電荷の信号読出回路を構成するようになる。したがって、上述したＸ線検出器に加えて外部読出回路を別途設ける必要がなく、前記Ｘ線検出器を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。   Note that in one aspect of the present invention, the X-ray detector further includes a capacitor electrically connected to each of the plurality of pixel electrodes, and a semiconductor switching element electrically connected to the capacitor. Can be prepared. In this case, the plurality of pixel electrodes, the plurality of capacitors, and the plurality of semiconductor switching elements constitute a signal readout circuit for charges detected by the plurality of pixel electrodes. Therefore, it is not necessary to separately provide an external readout circuit in addition to the above-described X-ray detector, and the configuration of the entire X-ray detection apparatus including the X-ray detector can be simplified.

但し、各画素電極に対して配線を行い、所定の外部読出回路において前記画素電極で検出した電荷を読み出すように構成することもできる。   However, it is also possible to configure such that wiring is performed for each pixel electrode, and charges detected by the pixel electrode are read out in a predetermined external readout circuit.

また、本発明の一態様において、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上の、前記複数の画素電極間においてコリメータを設けることができる。この場合、前記コリメータによって上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき前記画素電極に対して選択性を付与することができる。すなわち、前記コリメータによって、前記Ｘ線を照射すべき前記画素電極を適宜選択することができる。   In one embodiment of the present invention, a collimator can be provided between the plurality of pixel electrodes on the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate. In this case, the X-ray irradiation range can be changed by the collimator, and selectivity can be imparted to the pixel electrode to be irradiated with the X-ray. That is, the pixel electrode to be irradiated with the X-ray can be appropriately selected by the collimator.

さらに、本発明の一態様において、前記コンデンサは、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる構成の積層体から構成することができる。本態様によれば、上記Ｘ線検出器に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。   Furthermore, in one aspect of the present invention, the capacitor is formed of a stacked body having a first metal film / insulating film / second metal film formed on the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate. be able to. According to this aspect, the capacitor function can be imparted to the X-ray detector with a very simple configuration.

また、本発明の一態様において、前記コリメータは、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる積層構造を含み、前記コンデンサは前記コリメータ内に含まれるようにすることができる。本態様によれば、上記Ｘ線検出器に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。また、上記半導体基板上にコンデンサを設ける必要がないので、前記半導体基板上に前記画素電極を高密度に配置して集積させることができるようになり、前記Ｘ線検出器の空間分解能をより向上させることができるようになる。   In the aspect of the invention, the collimator may include a laminated structure of a first metal film / insulating film / second metal film, and the capacitor may be included in the collimator. According to this aspect, the capacitor function can be imparted to the X-ray detector with a very simple configuration. Further, since it is not necessary to provide a capacitor on the semiconductor substrate, the pixel electrodes can be arranged and integrated on the semiconductor substrate at a high density, and the spatial resolution of the X-ray detector is further improved. To be able to.

さらに、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された半導体素子基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極を含むような構成とすることができる。この際、前記ゲート絶縁膜に対して前記ゲート電極は下方に位置し、前記半導体素子基板は上方に位置するようにできる。本態様によれば、前記半導体スイッチング素子を極めて簡易な構成とすることができ、前記Ｘ線検出器の製造コストを低減することができる。   Furthermore, in one aspect of the present invention, the semiconductor switching element can include a semiconductor element substrate, a gate insulating film, and a gate electrode formed on the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate. At this time, the gate electrode may be positioned below the gate insulating film, and the semiconductor element substrate may be positioned above. According to this aspect, the semiconductor switching element can have a very simple configuration, and the manufacturing cost of the X-ray detector can be reduced.

また、本発明の一態様において、前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜又は前記第２の金属膜の一方と、前記半導体スイッチング素子の前記ゲート電極とは、同一の平面レベルで形成することができる。この場合、前記第１の金属膜又は前記第２の金属膜の一方と、前記ゲート電極とを同一の工程で形成することができるので、前記Ｘ線検出器の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。   In one embodiment of the present invention, one of the first metal film or the second metal film constituting the capacitor and the gate electrode of the semiconductor switching element are formed on the same plane level. Can do. In this case, since one of the first metal film or the second metal film and the gate electrode can be formed in the same process, the manufacturing process of the X-ray detector can be simplified. The manufacturing cost can be reduced.

さらに、上記態様において、前記画素電極と前記コンデンサを構成する前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の他方とは、同一の平面レベルで形成することができる。この場合、前記画素電極と、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜の他方とを同一の工程で形成することができるので、前記Ｘ線検出器の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。   Further, in the above aspect, the pixel electrode and the other of the first metal film and the second metal film constituting the capacitor can be formed on the same plane level. In this case, since the pixel electrode and the other of the first metal film and the second metal film can be formed in the same process, the manufacturing process of the X-ray detector can be simplified. The manufacturing cost can be reduced.

さらに、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板と前記コリメータとの間に配置することができる。この場合、前記半導体基板に上記Ｘ線が照射された場合においても、前記半導体スイッチング素子は、前記コリメータによって前記Ｘ線から遮蔽されているので、前記半導体スイッチング素子中に電荷が生成されることがない。したがって、前記半導体スイッチング素子からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を前記画素電極が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。   Furthermore, in one aspect of the present invention, the semiconductor switching element can be disposed between the semiconductor substrate and the collimator. In this case, even when the semiconductor substrate is irradiated with the X-ray, since the semiconductor switching element is shielded from the X-ray by the collimator, electric charges may be generated in the semiconductor switching element. Absent. Therefore, leakage current from the semiconductor switching element can be prevented, and deterioration of spatial resolution due to detection of the leakage current by the pixel electrode can be suppressed.

また、本発明の一態様において、前記半導体スイッチング素子と前記コリメータとは電気的に接続されており、前記コリメータは、前記半導体スイッチング素子に対する信号配線として機能するようにすることができる。上述のように、Ｘ線検出器にコンデンサ及び半導体スイッチング素子を組み込んで信号読出回路を構成するような場合、別途信号配線を設ける必要があるが、一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、前記コリメータの幅は数百μｍのオーダである。したがって、前記コリメータの信号は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、前記コリメータを上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。   In one embodiment of the present invention, the semiconductor switching element and the collimator are electrically connected, and the collimator can function as a signal wiring for the semiconductor switching element. As described above, when a signal readout circuit is configured by incorporating a capacitor and a semiconductor switching element in an X-ray detector, it is necessary to provide a separate signal wiring. However, the line width of a general signal wiring is several tens of μm. Whereas the width of the collimator is on the order of several hundred μm. Therefore, the signal of the collimator is significantly smaller than the resistance of the signal wiring. For this reason, deterioration of the detection signal can be suppressed by using the collimator as a signal wiring of the signal readout circuit.

上記態様によれば、直接変換方式のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることができる。   According to the above aspect, the spatial resolution of the direct conversion type X-ray detector can be improved.

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

（第１の実施形態）
図１及び２は、第１の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図１は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図２は、図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。また、図３は、図１及び２に示すＸ線検出器のＸ線照射面にＸ線が入射した際に生成される電荷の状態を示す模式図である。なお、図１及び２は、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。 (First embodiment)
1 and 2 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector according to the first embodiment. FIG. 1 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 1 taken along the line AA. FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of electric charges generated when X-rays enter the X-ray irradiation surface of the X-ray detector shown in FIGS. In FIGS. 1 and 2, in order to clarify the characteristics of the X-ray detector in the present embodiment, attention is paid to a part of the X-ray detector, and this part is drawn in an enlarged manner.

図１及び２に示すように、本実施形態のＸ線検出器１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極１２と、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａと相対向する裏面１１Ｂ上に設けられた平板状の電極１３とを有している。なお、各画素電極１２には図示しない配線が接続され、図示しない外部読出回路に接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the X-ray detector 10 of this embodiment includes a semiconductor substrate 11, a plurality of pixel electrodes 12 arranged in a matrix on the X-ray irradiation surface 11A side of the semiconductor substrate 11, and a semiconductor. The substrate 11 has a plate-like electrode 13 provided on the back surface 11B opposite to the X-ray irradiation surface 11A of the substrate 11. Each pixel electrode 12 is connected to a wiring (not shown) and is connected to an external readout circuit (not shown).

半導体基板１１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極１２及び平板状電極１３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。 The semiconductor substrate 11 is made of a semiconductor material having high X-ray absorption, such as CdTe, amorphous Se, PbI 2 and PbO. Further, the pixel electrode 12 and the plate electrode 13 can be made of a general-purpose electrode material such as Au, Pt, Al, and In.

半導体基板１１のＸ線照射面１１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板１１を構成する半導体を励起し、半導体基板１１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面１１Ａにおいて高く、半導体基板１１の厚さ方向（すなわち、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。   When X-rays are incident on the X-ray irradiation surface 11 </ b> A of the semiconductor substrate 11, the X-rays excite the semiconductor constituting the semiconductor substrate 11 and generate charges (electrons and holes) in the semiconductor substrate 11. At this time, as shown in FIG. 3, the charge concentration is high on the X-ray irradiation surface 11 </ b> A and rapidly decreases in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 (that is, toward the back surface 11 </ b> B side of the semiconductor substrate 11). .

本実施形態では、画素電極１２を、半導体基板１１のＸ線照射面１１Ａ側に設けているので、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面１１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極１２によって、Ｘ線照射面１１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板１１の裏面１１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板１１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極１２は、半導体基板１１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器１０の空間分解能が増大する。   In this embodiment, since the pixel electrode 12 is provided on the X-ray irradiation surface 11A side of the semiconductor substrate 11, it is possible to efficiently detect charges generated on the X-ray irradiation surface 11A side by the X-ray irradiation. it can. In addition, since the charge on the X-ray irradiation surface 11A side is detected by the pixel electrode 12, unlike the case where the charge detection is performed on the back surface 11B side of the semiconductor substrate 11, the charge has a thickness in the semiconductor substrate 11. It is not affected by the lateral diffusion of the charge accompanying the movement in the direction. Accordingly, each pixel electrode 12 can detect only the charges generated by the X-ray irradiation at the corresponding position of the semiconductor substrate 11, so that the spatial resolution of the X-ray detector 10 is increased.

なお、画素電極１２によって電荷の検出を行う際には、画素電極１２及び平板状電極１３間に所定のバイアス電圧を負荷しておく。   Note that when the charge is detected by the pixel electrode 12, a predetermined bias voltage is applied between the pixel electrode 12 and the plate electrode 13.

（第２の実施形態）
図４〜６は、第２の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図４は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図５は、図４に示すＸ線検出器をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図であり、図６は、図４に示すＸ線検出器をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。 (Second Embodiment)
4-6 is a schematic block diagram of the X-ray detector in 2nd Embodiment. 4 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 4 taken along the line BB, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 4 cut along the line CC.

なお、図４〜６においても、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。また、上記Ｘ線検出器の構成要素の特徴を明確にすべく、図４に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさと図５及び６に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさとは、それぞれ異なるように描いている。   4 to 6, in order to clarify the characteristics of the X-ray detector according to the present embodiment, attention is paid to a part of the X-ray detector, and this part is illustrated in an enlarged manner. In order to clarify the characteristics of the components of the X-ray detector, the size of each component of the X-ray detector shown in FIG. 4 and the size of each component of the X-ray detector shown in FIGS. Are drawn differently.

図４〜６に示すように、本実施形態のＸ線検出器２０は、半導体基板２１と、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極２２と、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａと相対向する裏面２１Ｂ上に設けられた平板状の電極２３とを有している。また、Ｘ線照射面２１Ａの上方の、複数の画素電極２２間には、それぞれコリメータ２６が配置されている。   4-6, the X-ray detector 20 of this embodiment includes a semiconductor substrate 21, a plurality of pixel electrodes 22 arranged in a matrix on the X-ray irradiation surface 21A side of the semiconductor substrate 21, and a semiconductor. It has a plate-like electrode 23 provided on the back surface 21B opposite to the X-ray irradiation surface 21A of the substrate 21. A collimator 26 is disposed between the plurality of pixel electrodes 22 above the X-ray irradiation surface 21A.

また、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上には、画素電極２２を覆うようにして第1の絶縁膜２８及び第２の絶縁膜２９が順次に形成されている。   A first insulating film 28 and a second insulating film 29 are sequentially formed on the X-ray irradiation surface 21 </ b> A of the semiconductor substrate 21 so as to cover the pixel electrode 22.

図５に示すように、第1の絶縁膜２８上にはゲート電極２４１が形成され、第２の絶縁膜２９上には半導体素子基板２４２が形成されている。この場合、ゲート電極２４１及び半導体素子基板２４２間に位置する第２の絶縁膜２９はゲート絶縁膜として機能する。したがって、ゲート電極２４１、第２の絶縁膜２９及び半導体素子基板２４２は半導体スイッチング素子２４としてのトランジスタを構成する。なお、本実施形態では、図４及び５から明らかなように、画素電極２２毎に半導体スイッチング素子２４を設けている。   As shown in FIG. 5, a gate electrode 241 is formed on the first insulating film 28, and a semiconductor element substrate 242 is formed on the second insulating film 29. In this case, the second insulating film 29 located between the gate electrode 241 and the semiconductor element substrate 242 functions as a gate insulating film. Therefore, the gate electrode 241, the second insulating film 29, and the semiconductor element substrate 242 constitute a transistor as the semiconductor switching element 24. In this embodiment, as apparent from FIGS. 4 and 5, the semiconductor switching element 24 is provided for each pixel electrode 22.

また、図６に示すように、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上には第１の金属膜２５１が形成され、第１の絶縁膜２８上には第２の金属膜２５２が形成されている。したがって、第１の金属膜２５１、第１の絶縁膜２８及び第２の金属膜２５２はコンデンサ２５を構成する。なお、第１の金属膜２５は、隣接する画素電極２２と配線２５３によって電気的に接続されており、図４及び６から明らかなように、画素電極２２毎にコンデンサ２５が設けられている。   Further, as shown in FIG. 6, a first metal film 251 is formed on the X-ray irradiation surface 21 </ b> A of the semiconductor substrate 21, and a second metal film 252 is formed on the first insulating film 28. Yes. Therefore, the first metal film 251, the first insulating film 28, and the second metal film 252 constitute the capacitor 25. Note that the first metal film 25 is electrically connected to the adjacent pixel electrode 22 by the wiring 253, and as is apparent from FIGS. 4 and 6, a capacitor 25 is provided for each pixel electrode 22.

なお、半導体基板２１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極２２及び平板状電極２３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。 The semiconductor substrate 21 is made of a semiconductor material having high X-ray absorption, such as CdTe, amorphous Se, PbI 2 and PbO. Further, the pixel electrode 22 and the plate-like electrode 23 can be composed of general-purpose electrode materials such as Au, Pt, Al, and In.

半導体基板２１のＸ線照射面２１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板２１を構成する半導体を励起し、半導体基板２１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面２１Ａにおいて高く、半導体基板２１の厚さ方向（すなわち、半導体基板２１の裏面２１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。   When X-rays are incident on the X-ray irradiation surface 21 </ b> A of the semiconductor substrate 21, the X-rays excite the semiconductor constituting the semiconductor substrate 21, and generate electric charges (electrons and holes) in the semiconductor substrate 21. At this time, as shown in FIG. 3, the charge concentration is high on the X-ray irradiation surface 21 </ b> A and rapidly decreases in the thickness direction of the semiconductor substrate 21 (that is, toward the back surface 21 </ b> B side of the semiconductor substrate 21). .

本実施形態においても、画素電極２２を、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ側に設けているので、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面２１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極２２によって、Ｘ線照射面２１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板２１の裏面２１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板２１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極２２は、半導体基板２１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器２０の空間分解能が増大する。   Also in the present embodiment, since the pixel electrode 22 is provided on the X-ray irradiation surface 21A side of the semiconductor substrate 21, charges generated on the X-ray irradiation surface 21A side by the X-ray irradiation can be efficiently detected. Can do. In addition, since the charge on the X-ray irradiation surface 21A side is detected by the pixel electrode 22, unlike the case where the charge detection is performed on the back surface 21B side of the semiconductor substrate 21, the charge has a thickness in the semiconductor substrate 21. It is not affected by the lateral diffusion of the charge accompanying the movement in the direction. Accordingly, each pixel electrode 22 can detect only the charges generated by X-ray irradiation at the corresponding position of the semiconductor substrate 21, so that the spatial resolution of the X-ray detector 20 is increased.

また、本実施形態では、画素電極２２毎にコンデンサ２５を設けているので、各画素電極２２で検出した電荷はコンデンサ２５に蓄えられる。その後、半導体スイッチング素子２４をオン（ゲート電極２４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コンデンサ２５内に蓄えられた電荷は、図示しない信号配線を通じて外部に取り出され、読み出されるようになる。したがって、画素電極２２、半導体スイッチング素子２４及びコンデンサ２５は、信号読出回路を構成するようになる。   In this embodiment, since the capacitor 25 is provided for each pixel electrode 22, the charge detected by each pixel electrode 22 is stored in the capacitor 25. Thereafter, by turning on the semiconductor switching element 24 (applying a predetermined gate voltage to the gate electrode 241), the charge stored in the capacitor 25 is taken out and read out through a signal wiring (not shown). Accordingly, the pixel electrode 22, the semiconductor switching element 24, and the capacitor 25 constitute a signal readout circuit.

したがって、本実施形態におけるＸ線検出器２０は、外部読出回路を別途設ける必要がなく、Ｘ線検出器２０を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。   Therefore, the X-ray detector 20 in this embodiment does not need to be provided with an external readout circuit separately, and the configuration of the entire X-ray detection apparatus including the X-ray detector 20 can be simplified.

また、半導体スイッチング素子２４は、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成されたゲート電極２４１、ゲート絶縁膜としての第２の絶縁膜２９及び半導体素子基板２４２を含むように構成しているので、半導体スイッチング素子２４を極めて簡易な構成とすることができ、Ｘ線検出器２０の製造コストを低減することができる。   The semiconductor switching element 24 includes a gate electrode 241 formed on the X-ray irradiation surface 21A of the semiconductor substrate 21, a second insulating film 29 as a gate insulating film, and a semiconductor element substrate 242. Therefore, the semiconductor switching element 24 can have a very simple configuration, and the manufacturing cost of the X-ray detector 20 can be reduced.

さらに、本実施形態では、コンデンサ２５は、半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成された、第１の金属膜２５１／第１の絶縁膜２８／第２の金属膜２５２なる構成の積層体から構成しているので、上記Ｘ線検出器２０に対して極めて簡易な構成でコンデンサ機能を付与することができる。   Further, in the present embodiment, the capacitor 25 is a stacked layer of the first metal film 251 / first insulating film 28 / second metal film 252 formed on the X-ray irradiation surface 21A of the semiconductor substrate 21. Since it is composed of a body, the capacitor function can be imparted to the X-ray detector 20 with a very simple configuration.

また、本実施形態では、画素電極２２とコンデンサ２５の第１の金属膜２５１とは半導体基板２１のＸ線照射面２１Ａ上に形成されており、同一の平面レベルとなっている。さらに、コンデンサ２５の第２の金属膜２５２とスイッチング素子２４のゲート電極２４１とは、第１の絶縁膜２８上に形成されており、同一の平面レベルとなっている。したがって、画素電極２２及び第１の金属膜２５１は同一の工程で形成することができ、第２の金属膜２５２とゲート電極２４１も同一の工程で形成することができるので、Ｘ線検出器２０の製造工程を簡易化することができ、その製造コストを低減することができる。   In the present embodiment, the pixel electrode 22 and the first metal film 251 of the capacitor 25 are formed on the X-ray irradiation surface 21A of the semiconductor substrate 21 and have the same planar level. Further, the second metal film 252 of the capacitor 25 and the gate electrode 241 of the switching element 24 are formed on the first insulating film 28 and have the same planar level. Therefore, the pixel electrode 22 and the first metal film 251 can be formed in the same process, and the second metal film 252 and the gate electrode 241 can also be formed in the same process. The manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、本実施形態では、半導体スイッチング素子２４は、半導体基板２１とコリメータ２６との間に配置しているので、半導体基板２１に上記Ｘ線が照射された場合においても、半導体スイッチング素子２４は、コリメータ２６によって前記Ｘ線から遮蔽されているので、半導体スイッチング素子２４中に電荷が生成されることがない。したがって、半導体スイッチング素子２４からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を画素電極２２が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。   Furthermore, in this embodiment, since the semiconductor switching element 24 is disposed between the semiconductor substrate 21 and the collimator 26, even when the semiconductor substrate 21 is irradiated with the X-ray, the semiconductor switching element 24 is Since it is shielded from the X-rays by the collimator 26, no charge is generated in the semiconductor switching element 24. Therefore, leakage current from the semiconductor switching element 24 can be prevented, and deterioration of spatial resolution due to the pixel electrode 22 detecting the leakage current can be suppressed.

なお、コリメータ２６によって、上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき画素電極２２に対して選択性を付与することができる。すなわち、コリメータ２６によって、前記Ｘ線を照射すべき画素電極２２を適宜選択することができる。   Note that the X-ray irradiation range can be changed by the collimator 26, and selectivity can be imparted to the pixel electrode 22 to be irradiated with the X-ray. That is, the collimator 26 can appropriately select the pixel electrode 22 to be irradiated with the X-ray.

なお、画素電極１２によって電荷の検出を行う際には、画素電極１２及び平板状電極１３間に所定のバイアス電圧を負荷しておく。   Note that when the charge is detected by the pixel electrode 12, a predetermined bias voltage is applied between the pixel electrode 12 and the plate electrode 13.

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。本実施形態は上記第２の実施形態の変形例であり、図７は、上記第２の実施形態における図５に相当する。 (Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an X-ray detector according to the third embodiment. The present embodiment is a modification of the second embodiment, and FIG. 7 corresponds to FIG. 5 in the second embodiment.

本実施形態では、図７に示すように、半導体スイッチング素子２４に対してバンプ２４３が形成され、このバンプ２４３を介してコリメータ２６と電気的に接続されている点で上記第２の実施形態と相違し、その他の構成は同様である。したがって、本実施形態では、上記相違点について詳細に説明を行い、その他の構成については説明を省略する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, bumps 243 are formed on the semiconductor switching element 24, and are electrically connected to the collimator 26 via the bumps 243. The other configurations are the same. Therefore, in the present embodiment, the above differences will be described in detail, and descriptions of other configurations will be omitted.

本実施形態では、図７に示すように、各半導体スイッチング素子２４の側面側において第２の絶縁膜２９を厚さ方向にエッチングして凹部を形成した後、前記凹部内にバンプ２４３を、半導体スイッチング素子２４の半導体素子基板２４２と電気的に接触するようにして形成している。また、バンプ２４３はコリメータ２６と接続されている。したがって、各画素電極２２で検出した電荷がコンデンサ２５に蓄えられた後、半導体スイッチング素子２４をオン（ゲート電極２４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コンデンサ２５内に蓄えられた電荷は、バンプ２４３を介してコリメータ２６に流れるようになる。したがって、本実施形態においては、コリメータ２６が信号配線としても機能する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the second insulating film 29 is etched in the thickness direction on the side surface side of each semiconductor switching element 24 to form a recess, and then the bump 243 is formed in the recess. The switching element 24 is formed so as to be in electrical contact with the semiconductor element substrate 242. Further, the bump 243 is connected to the collimator 26. Therefore, after the charge detected by each pixel electrode 22 is stored in the capacitor 25, the charge stored in the capacitor 25 is turned on by turning on the semiconductor switching element 24 (applying a predetermined gate voltage to the gate electrode 241). Then, it flows to the collimator 26 through the bump 243. Therefore, in this embodiment, the collimator 26 also functions as a signal wiring.

一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、コリメータ２６の幅は数百μｍのオーダである。したがって、コリメータ２６の抵抗は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、コリメータ２６を上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。   While the line width of a general signal wiring is on the order of several tens of μm, the width of the collimator 26 is on the order of several hundred μm. Accordingly, the resistance of the collimator 26 is significantly smaller than the resistance of the signal wiring. For this reason, the degradation of the detection signal can be suppressed by using the collimator 26 as a signal wiring of the signal readout circuit.

なお、本実施形態においても、その他の構成に関しては上記第２の実施形態と同様であるので、上記第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。   In the present embodiment, the other configurations are the same as those in the second embodiment, so that the same operational effects as those in the second embodiment can be obtained.

（第４の実施形態）
図８及び９は、第４の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図８は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図９は、図８に示すＸ線検出器をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面図である。なお、図８及び９においても、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。また、上記Ｘ線検出器の構成要素の特徴を明確にすべく、図８に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさと図９に示すＸ線検出器の各構成要素の大きさとは、それぞれ異なるように描いている。 (Fourth embodiment)
8 and 9 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector according to the fourth embodiment. FIG. 8 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 8 taken along the line DD. 8 and 9, in order to clarify the characteristics of the X-ray detector in the present embodiment, attention is paid to a part of the X-ray detector, and this part is illustrated in an enlarged manner. In order to clarify the characteristics of the components of the X-ray detector, the size of each component of the X-ray detector shown in FIG. 8 and the size of each component of the X-ray detector shown in FIG. They are drawn differently.

図８及び９に示すように、本実施形態のＸ線検出器３０は、半導体基板３１と、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ側にマトリックス状に配置された複数の画素電極３２と、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａと相対向する裏面３１Ｂ上に設けられた平板状の電極３３とを有している。また、Ｘ線照射面３１Ａの上方の、複数の画素電極３２間には、それぞれコリメータ３６が配置されている。   As shown in FIGS. 8 and 9, the X-ray detector 30 of this embodiment includes a semiconductor substrate 31, a plurality of pixel electrodes 32 arranged in a matrix on the X-ray irradiation surface 31A side of the semiconductor substrate 31, and a semiconductor. It has a flat electrode 33 provided on the back surface 31B opposite to the X-ray irradiation surface 31A of the substrate 31. A collimator 36 is disposed between the plurality of pixel electrodes 32 above the X-ray irradiation surface 31A.

また、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ上には、画素電極３２を覆うようにして第1の絶縁膜３８及び第２の絶縁膜３９が順次に形成されている。   Further, a first insulating film 38 and a second insulating film 39 are sequentially formed on the X-ray irradiation surface 31 </ b> A of the semiconductor substrate 31 so as to cover the pixel electrode 32.

図９に示すように、第１の絶縁膜３８上にはゲート電極３４１が形成され、第２の絶縁膜３９上には半導体素子基板３４２が形成されている。この場合、ゲート電極３４１及び半導体素子基板３４２間に位置する第２の絶縁膜３９はゲート絶縁膜として機能する。したがって、ゲート電極３４１、第２の絶縁膜３９及び半導体素子基板３４２は半導体スイッチング素子３４としてのトランジスタを構成する。なお、本実施形態でも、図８及び９から明らかなように、画素電極３２毎に半導体スイッチング素子３４を設けている。   As shown in FIG. 9, a gate electrode 341 is formed on the first insulating film 38, and a semiconductor element substrate 342 is formed on the second insulating film 39. In this case, the second insulating film 39 located between the gate electrode 341 and the semiconductor element substrate 342 functions as a gate insulating film. Therefore, the gate electrode 341, the second insulating film 39, and the semiconductor element substrate 342 constitute a transistor as the semiconductor switching element 34. Also in this embodiment, as is apparent from FIGS. 8 and 9, the semiconductor switching element 34 is provided for each pixel electrode 32.

また、図９に示すように、コリメータ３６内では、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２、第２のコリメータ金属膜３６３、第２のコリメータ絶縁膜３６４及び第３のコリメータ金属膜３６５が順次に積層されている。   As shown in FIG. 9, in the collimator 36, the first collimator metal film 361, the first collimator insulating film 362, the second collimator metal film 363, the second collimator insulating film 364, and the third collimator. Metal films 365 are sequentially stacked.

コリメータ３６において、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３はコンデンサを構成し、第３のコリメータ金属膜３６５は信号配線を構成する。第１のコリメータ金属膜３６１はバンプ３６６を介して画素電極３２に電気的に接続されている。第３のコリメータ金属膜３６５はバンプ３４３を介して半導体スイッチング素子３４に電気的に接続されている。   In the collimator 36, the first collimator metal film 361, the first collimator insulating film 362, and the second collimator metal film 363 constitute a capacitor, and the third collimator metal film 365 constitutes a signal wiring. The first collimator metal film 361 is electrically connected to the pixel electrode 32 via the bump 366. The third collimator metal film 365 is electrically connected to the semiconductor switching element 34 via the bump 343.

なお、バンプ３６６及び３４３は、それぞれ半導体スイッチング素子３４の半導体素子基板３４２と電気的に接触するようにして形成する。   The bumps 366 and 343 are formed so as to be in electrical contact with the semiconductor element substrate 342 of the semiconductor switching element 34, respectively.

なお、上記コンデンサは、画素電極毎に設定する。すなわち、上記第３のコリメータ金属膜３６５は、信号配線を構成するためにコリメータ３６内に連続して形成されているが、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３は、コリメータ３６内で各画素電極に相当して分断され、それぞれの画素電極に対してコンデンサを構成するようにしている。   The capacitor is set for each pixel electrode. That is, the third collimator metal film 365 is continuously formed in the collimator 36 in order to form a signal wiring, but the first collimator metal film 361, the first collimator insulating film 362, and the second collimator metal film 365 are formed. The collimator metal film 363 is divided corresponding to each pixel electrode in the collimator 36 so as to constitute a capacitor for each pixel electrode.

なお、半導体基板３１は、例えばＣｄＴｅ、アモルファスＳｅ、ＰｂＩ２及びＰｂＯ等の高いＸ線吸収性を有する半導体材料から構成する。また、画素電極３２及び平板状電極３３は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｉｎ等の汎用の電極材料から構成することができる。 The semiconductor substrate 31 is made of a semiconductor material having high X-ray absorption such as CdTe, amorphous Se, PbI 2, and PbO. Further, the pixel electrode 32 and the plate-like electrode 33 can be made of general-purpose electrode materials such as Au, Pt, Al, and In.

本実施形態においても、半導体基板３１のＸ線照射面３１ＡにＸ線が入射すると、前記Ｘ線は半導体基板３１を構成する半導体を励起し、半導体基板３１内に電荷（電子及び正孔）を生成する。この際、前記電荷の濃度は、図３に示すように、Ｘ線照射面３１Ａにおいて高く、半導体基板３１の厚さ方向（すなわち、半導体基板３１の裏面３１Ｂ側に向うにつれて）において急激に減少する。   Also in this embodiment, when X-rays enter the X-ray irradiation surface 31A of the semiconductor substrate 31, the X-rays excite the semiconductor constituting the semiconductor substrate 31, and charge (electrons and holes) is generated in the semiconductor substrate 31. Generate. At this time, as shown in FIG. 3, the concentration of the charge is high on the X-ray irradiation surface 31A, and rapidly decreases in the thickness direction of the semiconductor substrate 31 (that is, toward the back surface 31B side of the semiconductor substrate 31). .

したがって、画素電極３２を、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ側に設けることにより、前記Ｘ線照射によってＸ線照射面３１Ａ側に生成された電荷を効率的に検出することができる。また、画素電極３２によって、Ｘ線照射面３１Ａ側の電荷を検出するようにしているので、半導体基板３１の裏面３１Ｂ側で電荷検出を行う場合と異なり、前記電荷が半導体基板３１内を厚さ方向に移動する場合に付随する、前記電荷の横方向拡散の影響を受けることがない。したがって、各画素電極３２は、半導体基板３１の対応する位置におけるＸ線照射によって生成した電荷のみを検出することができるようになるので、Ｘ線検出器３０の空間分解能が増大する。   Therefore, by providing the pixel electrode 32 on the X-ray irradiation surface 31A side of the semiconductor substrate 31, charges generated on the X-ray irradiation surface 31A side by the X-ray irradiation can be efficiently detected. In addition, since the charge on the X-ray irradiation surface 31A side is detected by the pixel electrode 32, unlike the case where charge detection is performed on the back surface 31B side of the semiconductor substrate 31, the charge has a thickness in the semiconductor substrate 31. It is not affected by the lateral diffusion of the charge accompanying the movement in the direction. Therefore, each pixel electrode 32 can detect only the electric charge generated by the X-ray irradiation at the corresponding position of the semiconductor substrate 31, so that the spatial resolution of the X-ray detector 30 is increased.

また、本実施形態では、画素電極３２毎にコンデンサを設けているので、各画素電極３２で検出した電荷は前記コンデンサに蓄えられる。具体的には、バンプ３６６を介してコリメータ３６内の、第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２及び第２のコリメータ金属膜３６３で構成される前記コンデンサに蓄えられる。   In the present embodiment, since a capacitor is provided for each pixel electrode 32, the electric charge detected by each pixel electrode 32 is stored in the capacitor. Specifically, the voltage is stored in the capacitor including the first collimator metal film 361, the first collimator insulating film 362, and the second collimator metal film 363 in the collimator 36 via the bumps 366.

その後、半導体スイッチング素子３４をオン（ゲート電極３４１に所定のゲート電圧を印加）することによって、コリメータ３６内の前記コンデンサ内に蓄えられた電荷は、バンプ３６６及び３４３を介してコリメータ３６内の信号配線を構成する第３のコリメータ金属膜３６５に取り込まれ、読み出される。したがって、画素電極３２、半導体スイッチング素子３４、バンプ３６６，３４３並びにコリメータ３６における第１のコリメータ金属膜３６１、第１のコリメータ絶縁膜３６２、第２のコリメータ金属膜３６３及び第３のコリメータ金属膜３６５は、信号読出回路を構成するようになる。   Thereafter, by turning on the semiconductor switching element 34 (applying a predetermined gate voltage to the gate electrode 341), the electric charge stored in the capacitor in the collimator 36 becomes a signal in the collimator 36 via the bumps 366 and 343. It is taken in and read out by the third collimator metal film 365 constituting the wiring. Accordingly, the first collimator metal film 361, the first collimator insulating film 362, the second collimator metal film 363, and the third collimator metal film 365 in the pixel electrode 32, the semiconductor switching element 34, the bumps 366 and 343 and the collimator 36. Constitutes a signal readout circuit.

したがって、本実施形態におけるＸ線検出器３０は、外部読出回路を別途設ける必要がなく、Ｘ線検出器３０を含めたＸ線検出装置全体の構成を簡略化することができる。   Therefore, the X-ray detector 30 in the present embodiment does not need to be provided with an external readout circuit separately, and the entire configuration of the X-ray detection apparatus including the X-ray detector 30 can be simplified.

本実施形態では、コリメータ３６内にコンデンサを形成しているので、極めて簡易な構成でＸ線検出器３０にコンデンサ機能を付与することができる。また、半導体基板３１上にコンデンサを設ける必要がないので、半導体基板３１上に画素電極３３を高密度に配置して集積させることができるようになり、Ｘ線検出器３０の空間分解能をより向上させることができるようになる。   In this embodiment, since the capacitor is formed in the collimator 36, the capacitor function can be imparted to the X-ray detector 30 with a very simple configuration. Further, since there is no need to provide a capacitor on the semiconductor substrate 31, the pixel electrodes 33 can be arranged and integrated on the semiconductor substrate 31 with high density, and the spatial resolution of the X-ray detector 30 is further improved. To be able to.

また、本実施形態においては、コリメータ３６の第３のコリメータ金属膜３６５が信号配線としても機能する。一般の信号配線の線幅が数十μｍのオーダであるのに対し、コリメータ３６における第３のコリメータ金属膜３６５の幅は数百μｍのオーダとすることができる。したがって、第３のコリメータ金属膜３６５の抵抗は、前記信号配線の抵抗に比較して著しく小さくなる。このため、コリメータ３６の第３のコリメータ金属膜３６５を上記信号読出回路の信号配線として使用することによって、検出信号の劣化を抑制することができる。   In the present embodiment, the third collimator metal film 365 of the collimator 36 also functions as a signal wiring. The width of the third collimator metal film 365 in the collimator 36 can be on the order of several hundred μm, while the line width of a general signal wiring is on the order of several tens of μm. Therefore, the resistance of the third collimator metal film 365 is significantly smaller than the resistance of the signal wiring. For this reason, by using the third collimator metal film 365 of the collimator 36 as the signal wiring of the signal readout circuit, it is possible to suppress the deterioration of the detection signal.

なお、第２の実施形態同様に、半導体スイッチング素子３４は、半導体基板３１のＸ線照射面３１Ａ上に形成されたゲート電極３４１、ゲート絶縁膜としての第２の絶縁膜３９及び半導体素子基板３４２を含むように構成しているので、半導体スイッチング素子３４を極めて簡易な構成とすることができ、Ｘ線検出器３０の製造コストを低減することができる。   As in the second embodiment, the semiconductor switching element 34 includes a gate electrode 341 formed on the X-ray irradiation surface 31A of the semiconductor substrate 31, a second insulating film 39 as a gate insulating film, and a semiconductor element substrate 342. Therefore, the semiconductor switching element 34 can have a very simple configuration, and the manufacturing cost of the X-ray detector 30 can be reduced.

また、本実施形態でも、半導体スイッチング素子３４は、半導体基板３１とコリメータ３６との間に配置しているので、半導体基板３１に上記Ｘ線が照射された場合においても、半導体スイッチング素子３４は、コリメータ３６によって前記Ｘ線から遮蔽されているので、半導体スイッチング素子３４中に電荷が生成されることがない。したがって、半導体スイッチング素子３４からの漏れ電流を防ぐことができ、前記漏れ電流を画素電極３２が検出することによる空間分解能の劣化を抑制することができる。   Also in this embodiment, since the semiconductor switching element 34 is disposed between the semiconductor substrate 31 and the collimator 36, even when the semiconductor substrate 31 is irradiated with the X-ray, the semiconductor switching element 34 is Since it is shielded from the X-rays by the collimator 36, no electric charge is generated in the semiconductor switching element 34. Therefore, leakage current from the semiconductor switching element 34 can be prevented, and deterioration of spatial resolution due to detection of the leakage current by the pixel electrode 32 can be suppressed.

なお、コリメータ３６によって、上記Ｘ線の照射範囲を変えることができ、前記Ｘ線を照射すべき画素電極３２に対して選択性を付与することができる。すなわち、コリメータ３６によって、前記Ｘ線を照射すべき画素電極３２を適宜選択することができる。   Note that the X-ray irradiation range can be changed by the collimator 36, and selectivity can be imparted to the pixel electrode 32 to be irradiated with the X-ray. In other words, the pixel electrode 32 to be irradiated with the X-ray can be appropriately selected by the collimator 36.

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail based on the said specific example, this invention is not limited to the said aspect, All the changes and deformation | transformation are possible unless it deviates from the category of this invention.

第１の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。It is a top view of the X-ray detector in a 1st embodiment. 図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cutting the X-ray detector shown in FIG. 1 along the AA line. 図１及び２に示すＸ線検出器のＸ線照射面にＸ線が入射した際に生成される電荷の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the electric charge produced | generated when X-rays inject into the X-ray irradiation surface of the X-ray detector shown in FIG. 第２の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。It is a top view of the X-ray detector in 2nd Embodiment. 図４に示すＸ線検出器をＢ−Ｂ線に沿って切った場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cutting the X-ray detector shown in FIG. 4 along the BB line. 図４に示すＸ線検出器をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cutting the X-ray detector shown in FIG. 4 along CC line. 第３の実施形態におけるＸ線検出器の断面図である。It is sectional drawing of the X-ray detector in 3rd Embodiment. 第４の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。It is a top view of the X-ray detector in 4th Embodiment. 図８に示すＸ線検出器をＤ−Ｄ線に沿って切った場合の断面図である。It is sectional drawing at the time of cutting the X-ray detector shown in FIG. 8 along the DD line.

符号の説明Explanation of symbols

１０，２０，３０ Ｘ線検出器
１１，２１，３１ 半導体基板
１２，２２，２３ 画素電極
１３，２３，３３ 平板状電極
２４，３４ 半導体スイッチング素子
２５ コンデンサ
２６ コリメータ 10, 20, 30 X-ray detector 11, 21, 31 Semiconductor substrate 12, 22, 23 Pixel electrode 13, 23, 33 Flat electrode 24, 34 Semiconductor switching element
25 Capacitor 26 Collimator

Claims (4)

Ｘ線の照射に伴って電荷を生成する半導体基板と、
前記半導体基板のＸ線照射面側にマトリックス状に配置され、前記電荷を検出する複数の画素電極と、
前記半導体基板の前記Ｘ線照射面と相対向する面上に設けられ、前記画素電極と異なる電位が供給される平板状の電極と、
前記複数の画素電極のそれぞれに電気的に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサと電気的に接続されてなる半導体スイッチング素子と、
前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上の、前記複数の画素電極間において、第１の金属膜／絶縁膜／第２の金属膜なる積層構造のコリメータとを具え、
前記コンデンサは前記コリメータ内に含まれることを特徴とする、Ｘ線検出器。 A semiconductor substrate that generates electric charge upon irradiation with X-rays;
A plurality of pixel electrodes arranged in a matrix on the X-ray irradiation surface side of the semiconductor substrate and detecting the charge;
A plate-like electrode provided on a surface facing the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate and supplied with a potential different from that of the pixel electrode;
A capacitor electrically connected to each of the plurality of pixel electrodes;
A semiconductor switching element electrically connected to the capacitor;
A collimator having a laminated structure of a first metal film / insulating film / second metal film between the plurality of pixel electrodes on the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate;
The X-ray detector according to claim 1, wherein the capacitor is included in the collimator . 前記半導体スイッチング素子は、前記半導体基板の前記Ｘ線照射面上に形成された半導体素子基板、ゲート絶縁膜及びゲート電極を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線検出器。 The X-ray detector according to claim 1 , wherein the semiconductor switching element includes a semiconductor element substrate, a gate insulating film, and a gate electrode formed on the X-ray irradiation surface of the semiconductor substrate. 前記ゲート絶縁膜に対して前記ゲート電極は下方に位置し、前記半導体素子基板は上方に位置することを特徴とする、請求項２に記載のＸ線検出器。 The X-ray detector according to claim 2 , wherein the gate electrode is located below and the semiconductor element substrate is located above the gate insulating film. 前記半導体スイッチング素子と前記コリメータとは電気的に接続されており、前記コリメータは、前記半導体スイッチング素子に対する信号配線として機能することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のＸ線検出器。   4. The X according to claim 1, wherein the semiconductor switching element and the collimator are electrically connected, and the collimator functions as a signal wiring for the semiconductor switching element. 5. Line detector.
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